JPWO2004029434A1

JPWO2004029434A1 - 建設機械の原動機制御装置

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Publication number: JPWO2004029434A1
Application number: JP2004539436A
Authority: JP
Inventors: 立野　至洋; 至洋立野; 英敏佐竹; 一村　和弘; 和弘一村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: CN1668834A; WO2004029434A1; US7886862B2; JP3936364B2; DE60235125D1; US20060151230A1; EP1550803B1; EP1550803A1; EP1550803A4; CN100354512C

Abstract

本発明は、原動機１０によって駆動される油圧ポンプ２４と、この油圧ポンプ２４から吐出される圧油により駆動されるアクチュエータ５と、第１の操作部材２２ａの操作に応じて油圧ポンプ２４からアクチュエータ５への圧油の流れを制御する制御弁２５とを有する建設機械における原動機制御装置において、第１の操作部材２２ａの操作に応じて原動機１０の第１の設定回転数Ｎｔを設定する第１の設定手段４１と、第２の操作部材３４の操作に応じて原動機１０の第２の設定回転数Ｎｘを設定する第２の設定手段４３と、第１のモードまたは第２のモードを選択する選択部材３５と、選択部材３５により第１のモードが選択されると第１の設定回転数Ｎｔと第２の設定回転数Ｎｘの大きい方の値に原動機回転数を制御し、選択部材３５により第２のモードが選択されると第２の設定回転数Ｎｘに原動機回転数を制御する回転数制御手段３０，１３とを備える。

Description

本発明は、操作量に応じて原動機回転数が変更可能な建設機械の原動機制御装置に関する。

従来、この種の制御装置として特許第２６３４３３０号公報に開示されたものが知られている。
この公報記載の装置では、回転数設定器（燃料レバー）の操作量に応じた回転数と走行ペダルの操作量に応じた回転数をそれぞれ設定し、その大きい方の値を目標回転数として選択する。これにより目標回転数の下限値が回転数設定器の操作量に応じた回転数に制限されるので、回転数設定器により設定回転数を作業（掘削など）に適した値に設定しておけば、エンジン回転数の変動を少なくすることができ、作業性がよい。また、走行時に回転数設定器の設定回転数をアイドル回転数に設定しておけば、走行ペダルの操作量に応じて原動機回転数が変化するので、燃費の向上、騒音の低減を達成できる。
上述した公報記載の装置では、走行ペダルの操作量を調整して車両の走行速度の調整を行うため、例えば車両を一定速度で走行する場合には、走行ペダルを所定のハーフペダル位置に保持する必要がある。しかしながら、ハーフペダルにより定速走行状態を持続することは、運転者にとって負担が大きい。

本発明の目的は、速度調整が容易な建設機械の原動機制御装置を提供することにある。
本発明は、原動機によって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるアクチュエータと、第１の操作部材の操作に応じて油圧ポンプからアクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械に適用される。そして、その原動機制御装置は、第１の操作部材の操作に応じて原動機の第１の設定回転数を設定する第１の設定手段と、第２の操作部材の操作に応じて原動機の第２の設定回転数を設定する第２の設定手段と、第１のモードまたは第２のモードを選択する選択部材と、選択部材により第１のモードが選択されると第１の設定回転数と第２の設定回転数の大きい方の値に原動機回転数を制御し、選択部材により第２のモードが選択されると第２の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備える。
また、本発明による建設機械の原動機制御装置は、第１の操作部材の操作に応じて原動機の第１の設定回転数を設定する第１の設定手段と、第２の操作部材の操作に応じて原動機の第２の設定回転数を設定する第２の設定手段と、第１のモードまたは第２のモードを選択する選択部材と、選択部材により第１のモードが選択されると第１の設定回転数に原動機回転数を制御し、選択部材により第２のモードが選択されると第２の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備える。
これにより第２のモードでは、第１の操作部材を最大操作した状態で第２の操作部材の操作量に応じてアクチュエータの駆動速度を変更することができ、アクチュエータの速度調整が容易になる。
第１の操作部材、第２の操作部材をそれぞれ足踏み式操作部材、手動式操作部材とすることが好ましい。
選択部材は、第２の操作部材の近傍に設けることが好ましい。アクチュエータは、走行モータとすればよい。
走行状態か作業状態かを判定し、走行状態が判定されたときは作業状態が検出されたときより第１の設定回転数を大きな値に設定するようにしてもよい。この場合、ブレーキ非作動と中立操作が検出されると走行状態と判定すればよい。
本発明は、ホイール式油圧ショベルに適用することが好ましい。

図１は、本発明が適用されるホイール式油圧ショベルの外観を示す図。
図２は、図１のホイール式油圧ショベルの走行用油圧回路図。
図３は、図１のホイール式油圧ショベルの作業用油圧回路図。
図４は、本発明の実施の形態に係わる原動機制御装置のブロック図。
図５は、図４の制御回路の詳細を示す図。
図６は、エンジン回転数の制御手順を示すフローチャート。
図７は、設定ダイヤルと切換スイッチの配置の一例を示す図。
図８は、図５の変形例を示す図。

以下、図１〜図６を参照して本発明による原動機制御装置をホイール式油圧ショベルに適用した実施の形態を説明する。
図１に示すようにホイール式油圧ショベルは、走行体１と、走行体１の上部に旋回可能に搭載された旋回体２とを有する。旋回体２には運転室３とブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃからなる作業用フロントアタッチメント４が設けられている。ブーム４ａはブームシリンダ４ｄの駆動により起伏し、アーム４ｂはアームシリンダ４ｅの駆動により起伏し、バケット４ｃはバケットシリンダ４ｆの駆動によりクラウドまたはダンプする。走行体１には油圧駆動による走行モータ５が設けられ、走行モータ５の回転はプロペラシャフト、アクスルを介して車輪６（タイヤ）に伝達される。
図２は、図１に示したホイール式油圧ショベルの走行用油圧回路図である。この油圧回路は、原動機１０により駆動されるメインポンプ２４と、メインポンプ２４からの圧油によって駆動する走行モータ５と、メインポンプ２４から走行モータ５への圧油の流れを制御するコントロールバルブ２５と、パイロットポンプ２１と、足踏み式の走行ペダル２２ａによって駆動されるパイロットバルブ２２と、図示しない前後進切換スイッチの操作により前進位置、後進位置、中立位置に切り換えられる前後進切換バルブ２３とを備える。
スイッチ操作により前後進切換バルブ２３を前進位置または後進位置に切り換え、走行ペダル２２ａを操作すると、コントロールバルブ２５にはパイロットポンプ２１からのパイロット圧が作用する。これによりメインポンプ２４からの圧油がコントロールバルブ２５を介して走行モータ５に供給され、走行モータ５の回転により車両を前進または後進させることができる。パイロットバルブ２２には圧力センサ３１が接続され、圧力センサ３１により走行指令としてのパイロット圧Ｐｔが検出される。
作業用油圧回路の一例として、ブームシリンダの油圧回路を図３に示す。この油圧回路は、メインポンプ２６と、メインポンプ２６からの圧油によって伸縮するブームシリンダ４ｄと、メインポンプ２６からブームシリンダ４ｄへの圧油の流れを制御するコントロールバルブ２７と、パイロットポンプ２１と、操作レバー２８ａによって駆動されるパイロットバルブ２８とを有する。なお、図示は省略するがフロントアタッチメント駆動用の他のアクチュエータの油圧回路も同様である。
操作レバー２８ａを操作するとその操作量に応じてパイロットバルブ２８が駆動され、コントロールバルブ２７にはパイロットポンプ２１からのパイロット圧が作用する。これによりメインポンプ２６からの圧油がコントロールバルブ２７を介してブームシリンダ４ｄに導かれ、ブームシリンダ４ｄの伸縮によりブーム４ａが昇降する。なお、メインポンプ２６を省略してメインポンプ２４からの圧油によりシリンダ４ｄを駆動してもよい。
本実施の形態では、後述するペダルモード（第１のモード）またはダイヤルモード（第２のモード）によりエンジン回転数を制御してポンプ吐出量を調整し、車両の速度調整を行う。
図４は、エンジンの回転数を制御する制御回路のブロック図である。エンジン１０のガバナレバー１１は、リンク機構１２を介してパルスモータ１３に接続され、パルスモータ１３の回転によりエンジン回転数が変更される。すなわちパルスモータ１３の正転でエンジン回転数が上昇し、逆転で低下する。ガバナレバー１１にはリンク機構１２を介してポテンショメータ１４が接続され、ポテンショメータ１４によりエンジン１０の回転数に応じたガバナレバー角度を検出し、エンジン制御回転数Ｎθとして制御回路３０に入力される。
制御回路３０には、走行ペダル２２ａの操作量に応じたパイロット圧力Ｐｔを検出する圧力センサ３１と、ブレーキスイッチ３２と、前後進切換弁２３の切換位置を検出する位置センサ３３と、ダイヤル操作量Ｘに応じた信号を出力してエンジン回転数を指令する手動式の設定ダイヤル３４と、ペダルモード、ダイヤルモードを選択的に切り換える切換スイッチ３５とがそれぞれ接続されている。
ブレーキスイッチ３２は走行、作業および駐車位置に切り換えられて作業／走行信号を出力する。走行位置に切り換えられると駐車ブレーキを解除し、ブレーキペダルによりサービスブレーキの作動を許容する。作業位置に切り換えられると駐車ブレーキとサービスブレーキを作動する。駐車位置に切り換えられると駐車ブレーキを作動する。走行位置に切り換えられるとブレーキスイッチ３２はオフ信号を出力し、作業および駐車位置に切り換えられるとオン信号を出力する。
設定ダイヤル３４は走行時に操作可能なように運転席近傍の操作パネルに設けられる。切換スイッチ３５は設定ダイヤル３４から手を離さずに操作が可能なように設定ダイヤル３４に隣接して設けられる。設定ダイヤル３４と切換スイッチ３５の配置の一例を図７に示す。
回転数制御回路３０は以下のような演算を実行し、パルスモータ１３に制御信号を出力する。
図５は、回転数制御回路３０の詳細を説明する概念図である。回転数演算部４１，４２には、各々図示のように圧力センサ３１による検出値Ｐｔと目標回転数Ｎｔ，Ｎｄの関係が予め記憶され、この特性から走行ペダル２２ａの操作量に応じた目標回転数Ｎｔ，Ｎｄをそれぞれ演算する。なお、回転数演算部４１の特性は走行に適した特性であり、目標回転数演算部４２の特性は作業用アタッチメント４を使用して作業を行う場合に適した特性である。これらの特性によれば、ペダル操作量の増加に伴い目標回転数Ｎｔ，Ｎｄがアイドル回転数Ｎｉから直線的に増加している。目標回転数Ｎｔの増加の傾きは目標回転数Ｎｄの増加の傾きより急であり、目標回転数Ｎｔの最大値Ｎｔｍａｘは目標回転数Ｎｄの最大値Ｎｄｍａｘより大きい。
回転数演算部４３には、図示のように設定ダイヤル３４の操作量Ｘと目標回転数（設定回転数）Ｎｘの関係が予め記憶され、この特性からダイヤル操作量Ｘに応じた目標回転数Ｎｘを演算する。なお、目標回転数Ｎｘの最大値Ｎｘｍａｘは、回転数演算部４２の最大値Ｎｄｍａｘに等しく設定されている（Ｎｘｍａｘ＝Ｎｄｍａｘ）。
選択部４４は、ブレーキスイッチ３２と位置センサ３３と圧力センサ３１からの信号に応じて回転数演算部４１，４２の目標回転数Ｎｔ，Ｎｄのいずれか一方を選択する。この場合、ブレーキスイッチ３２が走行位置（オフ信号出力）に切り換えられ、かつ、前後進切換弁２３が中立位置以外にあり、かつ、走行ペダル２２ａの操作によるパイロット圧Ｐｔが所定値以上のとき、すなわち走行時には目標回転数Ｎｔを選択し、それ以外の条件、つまり非走行時には目標回転数Ｎｄを選択する。
最大値選択部４５は、選択部４４で選択された目標回転数ＮｔまたはＮｄと、回転数演算部４３で演算された目標回転数Ｎｘのうち、大きい方の値をＮｍａｘとして選択する。
モード切換部４６は、切換スイッチ３５からの信号に応じて最大値選択部４５で選択された目標回転数Ｎｍａｘまたは回転数演算部４３で演算された目標回転数Ｎｘのいずれかを選択する。この場合、切換スイッチ３５がペダルモードに切り換えられると目標回転数Ｎｍａｘを選択し、ダイヤルモードに切り換えられると目標回転数Ｎｘを選択する。
サーボ制御部４７は、モード切換部４６で選択された回転数（回転数指令値Ｎｉｎ）とポテンショメータ１４により検出されたガバナレバー１１の変位量に相当する制御回転数Ｎθとを比較する。そして、図６に示す手順にしたがって両者が一致するようにパルスモータ１３を制御する。
図６において、まずステップＳ２１で回転数指令値Ｎｉｎと制御回転数Ｎθとをそれぞれ読み込み、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、Ｎθ−Ｎｉｎの結果を回転数差Ａとしてメモリに格納し、ステップＳ２３において、予め定めた基準回転数差Ｋを用いて、｜Ａ｜≧Ｋか否かを判定する。肯定されるとステップＳ２４に進み、回転数差Ａ＞０か否かを判定し、Ａ＞０ならば制御回転数Ｎθが回転数指令値Ｎｉｎよりも大きい、つまり制御回転数が目標回転数よりも高いから、エンジン回転数を下げるためステップＳ２５でモータ逆転を指令する信号をパルスモータ１３に出力する。これによりパルスモータ１３が逆転しエンジン回転数が低下する。
一方、Ａ≦０ならば制御回転数Ｎθが回転数指令値Ｎｉｎよりも小さい、つまり制御回転数が目標回転数よりも低いから、エンジン回転数を上げるためステップＳ２６でモータ正転を指令する信号を出力する。これにより、パルスモータ１３が正転し、エンジン回転数が上昇する。ステップＳ２３が否定されるとステップＳ２７に進んでモータ停止信号を出力し、これによりエンジン回転数が一定値に保持される。ステップＳ２５〜Ｓ２７を実行すると始めに戻る。
次に、本実施の形態に係わる原動機制御装置の特徴的な動作について説明する。
（１）ペダルモード
まず、切換スイッチ３５によりペダルモードを選択した場合について説明する。ペダルモードとは走行ペダル２２ａの操作によりエンジン回転数を設定可能とするものであり、例えば走行時に最大トルクを発生させる通常走行時に適する。
走行時にはブレーキスイッチ３２を走行位置に操作し、前後進切換スイッチを前進位置または後進位置に操作し、設定ダイヤル３４をアイドル位置に操作する。この状態で走行ペダル２２ａを操作すると、その操作量に応じてコントロールバルブ２５が切り換えられ、メインポンプ２４からの圧油により走行モータ５が回転する。
このとき制御回路３０での演算により選択部４４では目標回転数Ｎｔが選択され、最大値選択部４５でも目標回転数Ｎｔが選択される。これにより回転数指令値Ｎｉｎとして目標回転数Ｎｔがセットされ、サーボ制御によるパルスモータ１３への信号出力により、エンジン回転数が目標回転数Ｎｔに制御される。この場合、エンジン回転数は、走行に適した回転数演算部４１の特性に従い変更される。したがって、良好な加速性を得ることができるとともに、燃費の向上、および騒音の低減を達成できる。
車両停止状態で作業（掘削など）を行う場合、ブレーキスイッチ３２を作業位置に操作し、前後進切換スイッチを中立位置に操作する。この状態で操作レバー２８ａを操作すると、その操作量に応じてコントロールバルブ２７が切り換えられ、ブームシリンダ４ｄが駆動する。
このとき制御回路３０での演算により選択部４４では目標回転数Ｎｄが選択され、最大値選択部４５では目標回転数Ｎｄと設定ダイヤル３４による目標回転数Ｎｘの大きい方の値が選択される。したがって、設定ダイヤル３４による目標回転数Ｎｘを作業に適した値にセットしておけば、走行ペダル２２ａの操作によらずエンジン回転数の変動を抑えることができ、良好な作業性が得られる。
（２）ダイヤルモード
次に、切換スイッチ３５によりダイヤルモードを選択した場合について説明する。ダイヤルモードとは、走行ペダル２２ａの操作によらず、設定ダイヤル３４の操作によりエンジン回転数を設定するものであり、図５によれば選択部４４，４５で回転数が選択されることがなく、設定ダイヤル３４で設定された値にエンジン回転数が制御されるものである。このモードでは、エンジン回転数は設定ダイヤル３４により設定されるため、走行ペダル２２ａを操作してもエンジン回転数は変化せず、コントロールバルブ２５の切換量のみが変化して速度制御される。したがって、設定ダイヤル３４により例えばエンジン回転数を所定の低い回転数に設定しておけば、そのエンジン回転数に対応するメインポンプ２４の最大吐出流量に基づく速度を最大速度として設定することができるため、走行速度を所定速度以下に制限したい場合や、車両を定速で走行させる場合に適する。
ダイヤルモード時には、設定ダイヤル３４による目標回転数Ｎｘがモード切換部４６で選択され、回転数指令値Ｎｉｎとして目標回転数Ｎｘがセットされる。これにより走行ペダル２２ａの操作に拘わらずエンジン回転数は目標回転数Ｎｘに制御される。すなわち、ダイヤル操作量に応じて応じてポンプ吐出量が変化する。
したがって、走行ペダル２２ａを最大操作すると、走行モータ５には目標回転数Ｎｘに応じた圧油が供給され、設定ダイヤル３４の操作に応じて車両の最高速度の調整が可能となる。この場合、ダイヤル操作量を増やすとエンジン回転数が増加して最高走行速度が上昇し、ダイヤル操作量を減らすとエンジン回転数が減少して最高走行速度が低下する。これにより走行ペダル２２ａを最大に踏み込んだ状態で、任意の速度で車両を定速走行することができる。その結果、ペダル操作量を調整する必要がなく、運転者の負担が軽減される。
本実施の形態によれば以下のような効果を奏することができる。
（１）切換スイッチ３５の切換に応じてペダルモードまたはダイヤルモードを選択し、ペダルモードではペダル操作による目標回転数Ｎｔ，Ｎｄとダイヤル操作による目標回転数Ｎｘの大きい方の値を選択し、ダイヤルモードではダイヤル操作による目標回転数Ｎｘを選択するようにした。これによりダイヤルモード時に走行ペダル２２ａを最大操作した場合の車両走行速度はダイヤル操作量Ｘに応じた値となる。その結果、車両の速度調整が容易になり、定速走行を容易に行うことができる。ペダルモード時には駆動トルクを最大限に発生させることができ、高速走行が容易である。
（２）切換スイッチ３５を設定ダイヤル３４の近傍に設けたので、設定ダイヤル３４から手を離さずに切換スイッチ３５を操作することができる。その結果、定速走行、通常走行の切換を即座に行うことができる。
（３）走行時の目標回転数Ｎｔの増加の傾きおよび最高回転数Ｎｔｍａｘが作業時の目標回転数Ｎｄの増加の傾きおよび最高回転数Ｎｄｍａｘよりそれぞれ大きくなるように、走行用の目標回転数Ｎｔと作業用の目標回転数Ｎｄの特性を別々に設定した。これによりペダルモード時に、良好な走行加速性を得ることができるとともに、作業用の目標回転数Ｎｄの傾きは小さいので作業時のエンジン回転数の調整が容易である。
（４）ブレーキスイッチ３２と位置センサ３３により走行、作業を検出し、その検出結果に応じて目標回転数ＮｔまたはＮｄを選択するので、目標回転数選択のための操作を別途行う必要がない。
なお、上記実施の形態では、３つの目標回転数演算部４１〜４３を設けたが、目標回転数演算部４２は省略してもよい。選択部材を切換スイッチ３５により構成したが、スイッチ以外の操作部材（例えばダイヤル）により構成してもよい。第２の設定部材を設定ダイヤル３４により構成したが、ダイヤル以外の操作部材（例えば押し釦式のスイッチや直線スライド式のスイッチなど）により構成してもよい。判定手段としてブレーキスイッチ３２と位置センサ３３からの信号により走行状態を判定したが、車速センサ等により走行状態を判定してもよい。
上記実施の形態では、最大値選択部４５において、目標回転数ＮｔまたはＮｄと目標回転数Ｎｘのうち大きい方の値を選択するようにしたが、図８に示すように最大値選択部４５を省略してもよい。これにより設定ダイヤル３４の操作量に拘わらず、ペダルモード時には走行ペダル２２ａの操作によりエンジン回転数を設定し、ダイヤルモード時に設定ダイヤル３４の操作によりエンジン回転数を設定することができる。すなわち走行ペダル２２ａと設定ダイヤル３４による独立したエンジン制御が可能である。
以上では、走行用油圧モータ５の速度調整を容易にする例を示したが、これに限定されず、例えば車両の上部旋回体を旋回させる旋回用油圧モータに適用してもよい。したがって、第１の操作部材も走行ペダル２２ａに限定されない。

産業上の利用の可能性

以上では、建設機械としてホイール式油圧ショベルを例に挙げて説明したが、ホイール式以外の建設機械にも本発明を適用することができる。

Claims

原動機によって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるアクチュエータと、
第１の操作部材の操作に応じて前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械における原動機制御装置において、
前記第１の操作部材の操作に応じて前記原動機の第１の設定回転数を設定する第１の設定手段と、
第２の操作部材の操作に応じて前記原動機の第２の設定回転数を設定する第２の設定手段と、
第１のモードまたは第２のモードを選択する選択部材と、
前記選択部材により第１のモードが選択されると前記第１の設定回転数と前記第２の設定回転数の大きい方の値に原動機回転数を制御し、前記選択部材により第２のモードが選択されると前記第２の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の原動機制御装置。
原動機によって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるアクチュエータと、
第１の操作部材の操作に応じて前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械における原動機制御装置において、
前記第１の操作部材の操作に応じて前記原動機の第１の設定回転数を設定する第１の設定手段と、
第２の操作部材の操作に応じて前記原動機の第２の設定回転数を設定する第２の設定手段と、
第１のモードまたは第２のモードを選択する選択部材と、
前記選択部材により第１のモードが選択されると前記第１の設定回転数に原動機回転数を制御し、前記選択部材により第２のモードが選択されると前記第２の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の原動機制御装置。
請求項１または２に記載の建設機械の原動機制御装置において、
前記第１の操作部材は足踏み式操作部材であり、前記第２の操作部材は手動式操作部材である。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の原動機制御装置において、
前記選択部材は、前記第２の操作部材の近傍に設ける。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の原動機制御装置において、
前記アクチュエータは、走行モータである。
請求項５に記載の建設機械の原動機制御装置は、さらに走行状態か作業状態かを判定する判定手段を有し、
前記第１の設定手段は、前記判定手段により走行状態が判定されると、作業状態が検出されたときより前記第１の設定回転数を大きな値に設定する。
請求項６に記載の建設機械の原動機制御装置において、
前記判定手段は、ブレーキ非作動を検出するブレーキ検出手段と、前記第１の操作部材の中立操作を検出する中立検出手段とを有し、ブレーキ非作動と中立操作が検出されると走行状態と判定する。
原動機によって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるアクチュエータと、
第１の操作部材の操作に応じて前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁と、
請求項１〜７に記載の原動機制御装置を備えるホイール式油圧ショベル。